1.简介
下肢畸形是儿童和青少年步态异常和随后父母担忧的常见原因[1]. 旋转不规则，如股骨前倾角减小，也称为股骨扭转（FT）减小，可能导致步态失控、日常活动受限（如跑步）以及髋、膝或脚疼痛[2]. 值得一提的是，术语“扭转”和“版本”及其派生词在文献中可以互换使用，并就长骨沿其纵轴扭曲的精确描述引发了争议。虽然“扭转”被认为是描述给定水平上骨骼扭转的最合适的术语，但版本的衍生物，如股骨前倾角和后倾角，往往被确定为“总”股骨扭转的准确表达[三,4]. 从流行病学的观点来看，FT下降似乎更常见于肥胖儿童和患有特殊综合征或髋关节病变（包括股骨头骨骺松解）的儿童[5,6,7,8]. FT减少是指股骨近端和远端在横向平面上的扭转[9]. 正常的FT取决于年龄和性别，并在成年期向15°股骨前倾角的正常平均值发展[1,10,11]. 经临床检查，FT降低的患者具有不寻常的扭转特征，髋关节内旋减少，外旋增加[6,12,13]. 大多数旋转异常通常会在行走的第一年改善，或随着孩子的成长而自行解决[14,15,16,17,18]. 新出现的证据还表明，青春期未解决的股骨旋转畸形与股骨髋臼撞击（FAI）或早期髋关节骨关节炎的风险增加有关[19,20]. 从生物力学角度来看，股骨头的位置会导致与髋臼的解剖冲突，从而导致FAI[20,21,22]. FT降低的患者在髋关节屈曲、外展和髋关节内旋方面存在功能限制；此外，步态中的髋关节和膝盖疼痛可能会导致日常活动和运动困难[17,19,21] 保守治疗没有显示出改变股骨解剖结构的潜力；因此，扭转畸形的矫正只能通过旋转截骨术来实现。矫正手术的适应症和时间仍然具有挑战性[22,23,24,25]. 目前，有关FT下降的信息来自临床检查技术或成像方式，如扭转磁共振成像（MRI）或计算机断层扫描（CT）。这些方法是静态的，无法捕捉步态的动态成分。三维（3D）运动分析是一种成熟的动态测量方法，用于描述和客观测量步态运动学和动力学的偏差，通常用于临床决策，并推荐用于规划各种矫形条件和旋转畸形的手术矫正[24,25]. 运动分析为临床医生和研究人员提供了髋关节、膝关节和踝关节活动度的测量，从而有助于量化离散的放射学发现，如髋关节畸形或不规则股骨扭转值，以满足实际行走和跑步能力及限制。通过这种方式，它可以提高对骨科生物力学的理解，同时告知临床医生患者的功能局限性，并在此基础上加强决策。 已经对增加FT的步态偏差进行了研究[26,27]但关于儿童FT下降的报道很少。一个涉及四名成年人的病例系列显示，股骨头骨骺滑脱（SCFE）和FT下降表明FAI增加，但据报道，FAI太小，无法在步态分析中建立具有统计学意义的差异[4,17]. 据我们所知，有关儿童的相关证据来自一例青少年单侧髋关节疼痛的病例报告，其步态分析显示在步态摆动阶段髋关节和膝关节屈曲异常[9]. 除了常规步态外，跑步也是一项值得研究的活动，因为跑步是一种改变下肢关节负荷分配的运动模式，尤其可能增加膝盖的外翻应力[28]. 为了解决这一知识缺口，使用标准化的3D运动分析协议来记录股骨扭转减少对儿童行走和跑步步态的影响。本研究的目的是双重的：首先，检查FT降低儿童的行走和跑步偏差；其次，将这些观察结果与TDC的观察结果并列。我们假设，与典型的发育中儿童相比，股骨后倾的儿童表现出步态偏差。我们进一步假设，股骨后倾对典型发育中儿童在行走和跑步之间观察到的步态变化有影响。
2.材料和方法
2.1. 参与者
共有26名儿童和青少年接受了标准化3D运动分析。有症状的股骨前倾角降低的儿童和青少年从作者所在机构的儿科骨科门诊招募，并在3D步态和运动分析实验室进行检查。所有参与者的入选标准如下：（1）年龄在≥8岁和<18岁之间，（2）具有跑步能力的测试干预的适用性；和（3）青少年和/或法定代表人的书面知情同意书。8岁以下的儿童被排除在外，因为在这一年龄组中，对FT异常进行全面检查和手术矫正的情况非常罕见[1]. 在患者中，另一个纳入标准是单侧或双侧FT降低，由矫形外科医生临床诊断并经扭转MRI证实。患者根据主诉（髋关节或膝关节疼痛）转诊或在家庭或社交圈（学校、体育活动）中发现的走路和/或跑步不规则。临床检查（克雷格试验）期间，下肢扭转MRI或CT证实股骨扭转减少，如果因依从性/耐受性原因无法进行MRI检查。有股骨扭转减少放射学证据的患者被转诊进行步态分析。所有参与者的排除标准如下：（1）因医疗问题而禁止干预；（2） 神经系统疾病；（3） 以前的股骨去旋转截骨术；（4） 影响步态的其他疾病；以及（5）不符合或无法遵守测试程序。当手动测量FT下降时（股骨前倾角小于5°），如果行走期间髋关节运动旋转至少有一个标准偏差（SD，±）超出其他外旋TDC值，则排除对照组。总共包括26名参与者，15名患者（6名女性；9名男性）和11名对照组（6名男性；5名女性），他们的年龄和性别相匹配。患者的平均年龄为12.6±2.2岁（9-17岁），平均体重指数（BMI）为23.7±4.3 kg/m2（14.7–28.6千克/米2). 对照组的平均年龄为12.7±2.4（8-16岁）岁，平均BMI为18.8±2.5 kg/m2（15.6–23.5千克/米2). 2.2。测量系统和程序
步态分析协议包括髋关节、膝关节和踝关节周围运动的视频记录和运动学分析，牛津足模型足部运动的精确记录，以及关键肌肉群的肌电图监测。实验室的步行和跑步区域限制在8米以内，所有参与者都有一个固定的起点，以确保一致性。标记由经验丰富的医疗专业人员放置，他们一直在我们的中心进行步态分析，以尽量减少测量误差。此外，虚拟膝盖校准装置（vKAD）用于更准确的膝盖计算。
所有参与者在8米的距离内以自选速度行走（WALK）时，在水平地面上赤脚进行3D运动分析。对于干预性跑步（RUN），参与者被要求进行中等强度的跑步，其特点是速度比慢跑快但比短跑慢，通常在步态分析中观察到的跑步速度的中间范围内[29]. RUN模仿了儿童常见的运动习惯。WALK和RUN条件的顺序通过分组随机化进行分配。运动数据通过16摄像机维康系统（英国牛津维康公司）收集，每条腿至少进行五次有效试验。 此外，在历史记录的框架内记录了主观疼痛感受以及参与体育活动的情况，并对下肢进行了临床检查。
2.3. 数据处理
为了评估FT减少患者的三维步态运动学偏差，比较了RUN和WALK两种情况下的结果。分别计算患者和对照组的组内比较（患者RUN比WALK；对照组RUN比WOLK）。控制结果作为参考。
为了了解患者和对照组之间的运动步态模式是否存在差异，首先，分别计算两种情况（RUN和WALK）的组间比较（患者WALK与对照组WALK比较；患者RUN与对照组RUN比较）。其次，分别计算两组的差异（Δ）RUN–WALK（患者RUN–WELK，控制组RUN–WOLK），并相互比较（Δ患者与Δ控制组相比），以找出RUN–WHLK的运动步态差异中哪些是显著的。在站立阶段（SP）计算所有运动学参数。
采用被动髋关节运动范围（ROM）、股骨和胫骨扭转以及RUN–WALK的不同平均速度来研究它们对RUN–WOLK患者不同平均髋关节旋转的影响。
2.4. 统计分析
所有结果均采用描述性统计进行描述，包括平均值和标准差（SD）。采用Shapiro–Wilk检验检验数据的正态分布。患者和对照组按年龄和性别配对，以排除组间可能存在的差异。对独立样本进行T检验。考虑到双腿对同一个人的依赖性，选择混合线性模型。它用于比较两种情况（RUN/WALK）和两组（患者/对照）。采用线性回归模型研究临床检查和时空参数对RUN–WALK患者平均髋关节旋转差异的影响。显著性水平设置为第页<0.05。
这项研究得到了地区卫生管理局的批准。
3.结果
根据临床检查，患者的平均FT为−2.69±8.27°；对照组的平均FT为15.45±5.33°(第页<0.001）。除一名患者外，所有患者均受双侧影响。患者和对照组年龄匹配(第页=0.890）和性别(第页= 0.482). 两组的BMI差异显著(第页= 0.001). 共有66.7%的患者出现疼痛(n个=10）（一次在骨盆，两次在臀部，四次在膝盖，五次在脚），33.3%的患者没有疼痛(n个= 5). 没有一个对照组表示疼痛。两组的疼痛程度差异显著(第页<0.001）。总共77.3%的患者(n个=11）和81.8%的对照(n个=9）练习运动，两组之间没有显著差异(第页= 0.622). 患者跑步3.36 m/s，步行1.36 m/s；对照组跑3.68米/秒，走1.40米/秒。两组之间的速度没有显著差异（跑第页=0.059和步行第页= 0.531).
分析后，对照组的一名儿童被排除在外，原因是手动临床检查中股骨扭转减少，髋关节运动学改变超过一个SD。
3.1. 步行和跑步的运动学分析
患者骨盆、髋关节、膝关节和踝关节的运动学参数以及跑步（RUN）和步行（WALK）期间的控制参数如所示表1。运动轨迹的示例如所示图1。 只有足背屈峰值（DF）出现显著变化(第页<0.001），与患者的步行相比，跑步时增加了10.34°。FPA峰值在外向方向增加了4.09°，但不显著(第页= 0.145). 在对照组中也发现了同样的情况，峰值足DF增加了11.85°（<0.001），峰值FPA增加了4.47°(第页= 0.034) (表1). WALK期间，患者髋关节外旋峰值显著升高9.30°(第页=0.004），最高膝外翻5.28°(第页=0.001），并且在向外的方向上峰值FPA高出5.19°(第页=0.037）与SP期间的控制相比(表1). 此外，患者在WALK期间表现出外部平均髋关节旋转，而对照组表现出内部平均髋关节转动(第页≤0.001），相差11.47°(表1). 在RUN期间，与对照组相比，患者的膝关节外翻峰值显著升高5.12°(表1). 患者在RUN期间表现出外部平均髋关节旋转，而对照组表现出内部平均髋关节转动，差异为7.65°(第页= 0.539) (表1). 此外，与SP期间RUN期间的对照组相比，患者的髋关节外旋峰值高10.41°，髋关节下伸峰值低4.46°，外向方向的FPA峰值高4.81°，这在统计学上不显著。患者的平均骨盆旋转在行走（−0.06°）和跑步（−0.38°）期间均表现为外旋。相反，对照组在行走时骨盆内部旋转（-0.07°），在跑步时骨盆外部旋转（-0.53°）(第页患者和对照组分别为=0.008和<0.001）。尽管在患者和对照组之间，跑步和步行之间的骨盆旋转本身存在显著差异，但在患者和控制组之间的这些值的比较中没有观察到统计意义。在骨盆旋转期间，患者的ROM在向内旋转方向跑步时增加了约5°(第页=0.150），在对照组之间比较步行和跑步时，同样增加了约3.7°(第页=0.103），在运动状态和参与者组之间没有统计学意义。 3.2. 患者与对照组跑步与步行差异的比较
两组之间RUN–WALK的差异如下所示表2在这方面，髋关节平均旋转RUN–WALK只有统计学上的显著差异。患者在RUN期间将髋关节内旋3.82°，并保持髋关节外旋，而对照组在WALK和RUN之间旋转相同，保持髋关节内旋转(表2). 在骨盆、膝盖和踝关节的运动学方面，与RUN-WALK相比，未观察到有统计学意义的差异。胫骨扭转对髋关节平均旋转RUN–WALK的差异有显著影响(第页=0.024），回归系数B为-0.258(表3). 其他变量，即髋关节总旋转(第页=0.832），髋关节外旋(第页=0.939），髋关节内旋(第页=0.939），髋关节伸展(第页=0.415），以及股骨扭转(第页=0.789），以及RUN-WALK之间的平均速度差(第页=0.914），对平均髋关节旋转RUN–WALK的差异无影响(表3和图2). 4.讨论
这项探索性研究评估了在步态周期的站立阶段（SP）测量的步态参数。首先，本研究旨在调查与步行相比，FT减少的儿童在跑步过程中3D步态运动学的偏差。在患者中，与步行相比在跑步期间，DF和外向方面的步态偏差增加。其次，患者之间的运动步态模式与TDC的比较显示了行走过程中步态模式的几个运动学差异。然而，跑步的运动学差异仅对膝外翻有统计学意义。重要的是，对从跑步到步行的平均髋关节旋转差异的分析表明，与TDC相比，患者的髋关节旋转存在统计学上的显著差异。第三，对于患者，本研究调查了临床检查结果的影响(表3)从跑步到步行测量的平均髋关节旋转的差异。只有胫骨扭转对平均髋关节旋转的差异有统计学意义。 患者和对照组之间行走和跑步的比较显示，脚的DF增加，在外向方向的FPA增加。与步行相比，后者在跑步患者中更常见。Dicharry、Dugan和Bhat[30,31]报告并解释TD成人的类似偏差。由于跑步时胫骨的垂直位置增加，因此需要增加踝关节的DF以实现初始接触，并随着肢体在跑步过程中的负荷增加而增加[30]. 由于SP在跑步过程中的减震作用，足部出现完全内旋，这可能导致前脚外展，并解释了外翻脚[30,31]. 在其他运动学参数中，未观察到显著偏差。这与Franz等人和Dicharry的情况相符，他们也发现从行走到跑步的臀部运动范围没有变化，并且在行走和跑步中也发现了类似的膝盖模式[30,32]. 此外，本研究支持并扩展了先前报告的结果，即这些运动模式对于TD成人和儿童都是典型的。因此，这些模式与临床无关，现在证明同样的步态模式也存在于儿童中。在这幅图中，显示了在跑步过程中骨盆向外旋转的趋势。Perpina-Martinez等人（2023年）在对101名男性和女性成年人进行的运动学分析中也强调了跑步时的骨盆外旋转[33]. 我们的研究证实了儿童的这种倾向。有趣的是，成年男性和女性的骨盆平均外旋角度的增加似乎比患有或不患有FR的儿童的相应增加高出2-4°。尽管由于步态分析方法不同，无法进行头对头比较，跑步儿童的骨盆外旋可能低于跑步成人。 其次，比较了患者和TDC在行走、跑步时步态模式的差异，以及从跑步到行走的差异。对于步行，患者的运动步态模式与对照组相比有所不同。在我们的研究中，与对照组的内旋髋关节相比，患者行走时的外旋髋关节更多，并且与对照组相比，行走期间的外旋峰值更多。这表明，由于临床上髋关节内旋减少，我们的患者无法平衡其减少的FT，因此，与行走期间的对照组相比，在患者中测量到更多的髋关节外旋平均值和更多的髋外旋峰值。同时，患者和对照组的骨盆旋转平均值在行走和跑步之间略有外移。虽然这一发现仅在比较步行和跑步配置时才有意义，但可以假设，在患者跑步期间，更大的骨盆用力可以部分补偿髋关节的外旋。因此，骨盆外旋轻微增加和髋关节外旋减少可能相互依赖。
有趣的是，Bruderer-Hofstetter等人和Alexander等人在FT增加的患者中观察到相反的情况，与对照组相比，他们行走时髋关节内部旋转更多，髋关节外部旋转更小[26,27,34]. 在患者的运动学行走过程中，可能会出现较高的膝外翻，因为患者的BMI高于对照组，导致膝盖向中间移动。舒尔茨等人显示，BMI较高的儿童膝外翻较多。几位作者描述了患者在行走过程中观察到的向外方向的FPA增加[17,18]. Bruderer-Hofstetter等人在FT增加的患者中发现了相反的FPA，与对照组相比，患者行走时FPA降低。所呈现的结果表明，髋关节FT的减少转化为整个腿部髋关节外旋的增加和脚的外旋位置的增加，FT减少的患者似乎与FT增加的患者表现出相反的步态模式[26]. 另一方面，Lerch等人发现FT和FPA之间存在中度相关性，其中只有五分之一的FT降低的患者表现出外向型[6]. 重要的是要知道，不能仅仅依靠外出门来作为减少的诊断标准。 此外，与对照组相比，平均髋关节旋转和峰值髋关节外旋转的差异与股骨扭转减少（患者）相关。与对照组相比，患者表现出明显的髋关节外旋值。这与广泛接受的骨畸形对髋关节运动学有严重影响的概念是一致的。然而，根据Bailly及其同事的一项文献综述，脑瘫患儿的股骨扭转与髋关节旋转相关性较差[35]. 鉴于Bailly的研究没有分析股骨扭转减少的本身，其结论很可能与大多数情况下股骨扭转增加的患者有关。这种骨畸形的运动学特征与脑瘫的步态模式相当一致，包括脚趾和骨盆不稳定[4]. 此外，值得注意的是，我们的分析结果在没有伴随神经疾病的儿童中是有效的。 在跑步过程中，观察到与行走过程中相同的运动步态模式，这两组之间进行了比较，但仅对膝外翻有显著意义。由于小组人数较少，大多数偏差可能并不显著。临床上可以观察到，患者在跑步时仍然无法平衡其降低的FT，并且表现出与步行时相同的倾向。从长远来看，这表明膝关节在行走和跑步步态中都会受到生物力学上的不利负荷，在最显著的步态模式中可能持续受到微损伤。虽然这些负荷条件的长期风险尚未评估，但有证据表明，长期的膝外翻应力可导致髌股疼痛综合征和前交叉韧带（ACL）损伤[36]. 从跑步到步行，与两组相比，患者在跑步过程中髋部内部转动3.82°，保持外部平均髋部转动，而对照组保持相同的内部平均髋部旋转。患者可能会表现出这种偏差，以伸展脚杠杆，从而更容易推开或避免关节或FAI受压引起的疼痛。这项研究表明，66.7%的患者经历过疼痛，一些作者同意FT减少会导致髋关节和膝关节疼痛，这可能导致日常活动和运动困难[17,19,21]. 对于第三个目标，胫骨扭转对患者从跑步到步行的平均髋关节旋转差异的影响仅为-0.258°。这种小影响可以解释为测量误差，不太可能具有临床相关性。因此，髋关节被动ROM、扭转和平均速度RUN-WALK的差异均不影响平均髋关节旋转RUN-WALL的差异。
局限性和未来研究
本研究受到步态分析协议和能力方面的一些限制。实验室中的步行和跑步区域被限制在8米的距离内。为了减轻这对研究结果的影响，起点是地板上的一条固定线，这对所有参与者来说都是一样的。在开始和结束点都有足够的空间来加速和减速，以确保动作的开始和停止不会突然，也不会使研究参与者面临受伤的风险。其次，与患者相比，对照组FT在MRI中未得到验证。尽管扭转轮廓临床检查的准确性相当高[37]，我们不能排除一些对照组的FT可能降低。为了最大限度地减少这种可能性，除了FT的临床测量外，将髋关节运动旋转为一个SD的对照组排除在外。最后，步态分析本身具有固有的测量限制[38]. 髋关节旋转运动学被报道为临床三维步态分析中最不可重复的参数，不精确的标记位置是主要误差来源[38]. 为了最大限度地减少这些误差，由经验丰富的医疗人员以严格、标准化的方式进行测量。进行了静态和动态试验，以确定不精确的标记位置，必要时予以更换[39]. 此外，在标准化标记模型中，虚拟膝盖校准装置（vKAD）用于更精确的膝盖计算。考虑到招募期间同意参与研究的合格患者和对照受试者的可用性，对照组略小于研究组。此外，分析中未考虑下肢额/冠畸形（例如膝内翻或膝内翻）的共存。 需要进行进一步研究，以更广泛地了解所有可能的3D运动步态偏差，还应包括动力学和肌电图测量，以提供生物力学方面的信息。此外，在未来的研究中，需要优先考虑纳入基于证据和特定人群的生活质量测量。本研究参与者的身体测量文件显示了这方面值得注意的趋势；与对照组相比，患者表现出更高的BMI。尽管BMI与多种遗传和生活方式因素有关，但进一步的研究可能会揭示FT减少对身体活动的潜在限制性影响，以及随之而来的BMI增加趋势。尽管年龄小于8岁的儿童因股骨脱位截骨术在该人群中罕见而未被纳入研究范围[1]收集和分析这一年龄组的数据可以增强我们对生理肌肉骨骼发育的理解。它还可以通过告知制造商和处方医生相关的运动模式，潜在地改进该年龄组的髋关节矫形设计。总的来说，通过功能步态测量和主观感知记录提供全面的功能评估，有很大潜力支持FT减少管理的个性化决策。 5.结论
总的来说，在步行和跑步期间，FT和TDC降低的患者内部和之间存在步态偏差。股骨扭转（FT）降低的儿童在行走和跑步过程中观察到足部背屈增加、前脚向外翻方向的推进角增加以及膝外翻应力增加。这些运动模式与成年人的观察结果一致。此外，还注意到在跑步过程中骨盆有轻微的外旋倾向和持续的髋关节外旋。据我们所知，这些发现迄今为止尚未在儿童中报道，这突出了步态分析在改善FT下降儿童的评估和指导个性化决策方面的潜力。他们也丰富了临床医生对FT下降的理解，认为FT下降是一种解剖结构，与行走和跑步有关，这是大多数未成年人生活方式中的两种主要活动。临床医生可以利用这一客观指标来衡量患者在日常生活环境中的局限性，以改进他们的决策。这给患者及其家人带来了好处，因此儿童和青少年可以通过明确表达他们在行走和跑步时面临的限制来面对挑战。步态分析有助于医生理解他们的投诉，并为制定功能目标和达成共同决策提供了共同的功能基础，而不是坚持用他们可能难以理解的术语表述的治疗计划。
作者贡献
概念化、T.D.和B.K.K。；方法、T.D.和B.K.K。；软件，B.K.K。；验证、B.K.K.、T.D.和M.E.H。；形式分析，B.K.K。；调查、M.E.H.、C.V.和B.K.K。；资源、T.D.和B.K.K。；数据管理，B.K.K。；书面原稿编制，M.E.H.和C.T。；写作审查和编辑，C.T.、B.K.K.和T.D。；可视化，B.K.K。；监督、T.D.和B.K.K。；B.K.K.项目管理。；资金收购，T.D.和B.K.K.所有作者都已阅读并同意手稿的出版版本。
机构审查委员会声明
苏黎世州道德委员会批准了这项研究（BASEC-nr:2020-02009），批准日期为2020年12月7日。
数据可用性声明
本研究中提供的数据可向相应作者索取。由于隐私或道德等限制，数据无法公开。
致谢
作者谨感谢Bewegungsanlysis Zürich的工作人员所做的贡献。
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